A galáxia na tela representa uma população primitiva, mas a galáxia mais antiga descoberta pelo JWST existiu apenas 280 milhões de anos após o Big Bang. A surpreendente descoberta pelo telescópio de galáxias primitivas e brilhantes sugeriu inicialmente a alguns cientistas que a nossa compreensão da cosmologia fundamental, as leis que governam o comportamento da energia e da matéria no universo primitivo, pode ser falha. Mas depois de anos de estudo destes objetos primitivos, os teóricos têm agora vários modelos para explicar o seu brilho e abundância.
“Quase passamos de muitas galáxias primitivas para muitas teorias para explicá-las”, disse Somerville na sala.
Talvez as primeiras galáxias tenham convertido gás em estrelas de forma mais eficiente do que se pensava anteriormente. Ou experimentaram explosões periódicas de formação estelar impulsionadas por condições turbulentas. Ou talvez as primeiras regiões de formação estelar produzissem preferencialmente estrelas massivas e extremamente brilhantes. Muitos astrofísicos acreditam que alguma combinação desses fatores, e possivelmente outros, contribuiu para o desenvolvimento das galáxias.
Para testar estas novas ideias, os investigadores estão a explorar universos bebés através de simulações. “Houve avanços realmente significativos desde o lançamento da web, na verdade no último ano, em simulações numéricas”, disse Somerville aos participantes, acrescentando que estas novas simulações “podem ser mais adequadas e mais informativas para explicar observações no universo de alto desvio para o vermelho”.
À medida que esses modelos melhoram, o JWST documenta cada vez mais galáxias. Ao comparar o que se vê no Universo primitivo com simulações que tentam explicar porquê, os investigadores estão cada vez mais perto de descobrir a verdadeira natureza da alvorada cósmica.
“Podemos tentar combinar o melhor análogo da galáxia observada com a simulada”, disse Hakim Atek, astrofísico do Instituto de Astrofísica de Paris da Universidade Sorbonne. “Depois de obter esta melhor correspondência, você poderá observar a história da formação estelar, porque nas simulações você terá acesso a toda a história da galáxia.”
Uma pista surpreendente foi obtida recentemente do Mid-Infrared Instrument (MIRI) do JWST, um dispositivo super-resfriado que pode separar a luz de objetos distantes. O MIRI revelou que as primeiras galáxias não têm as mesmas propriedades que os cientistas supunham.
“A principal surpresa é a diversidade de propriedades das galáxias que vemos em idades precoces”, disse Atek. “Você espera que eles tenham a mesma aparência.”
Esta variação pode ser uma indicação de formação estelar que ocorreu em explosões, à medida que as galáxias passam por períodos de fusão de estrelas que explodem e expelem nuvens de gás, interrompendo a formação estelar, apenas para o gás se recombinar e desencadear uma nova onda de nascimento estelar.
“Parece que alguns deles limparam todo o meio interestelar, gás e poeira que existe lá. É como se você estivesse apenas olhando para uma estrela nua”, disse Atek. “Outra galáxia é o oposto. Tem muito gás.”
Outra pista vem de um grupo de galáxias com abundância de nitrogênio. A presença do elemento sugere que estrelas particularmente abundantes podem ter existido no início do universo. Nas simulações, estas estrelas massivas produziram excesso de azoto antes de explodirem em supernovas e espalharem o material pelas suas galáxias hospedeiras.
Algum dia, os pesquisadores poderão descobrir um quadro completo da formação galáctica. Até então, continuarão a analisar vestígios de novas observações e simulações.
O enigma da existência
Uma vez ativada a luz astral, o universo se transforma. A radiação das primeiras galáxias e buracos negros ionizou um mar de gás hidrogênio neutro, criando bolhas gigantes na névoa cósmica. Os pesquisadores chamam esse período de reionização, porque foi a segunda vez que o universo foi ionizado. Isto marca o fim da idade das trevas cósmica, quando o abismo enevoado não tinha estrelas.
As primeiras estrelas, consideradas centenas ou milhares de vezes mais massivas que o Sol, trabalharam furiosamente através do seu combustível hidrogénio e hélio e explodiram em supernovas poderosas, semeando o universo com novos elementos como carbono, azoto, oxigénio, fósforo e ferro – a matéria dos planetas e da vida.
De muitas maneiras, essas primeiras estrelas são as mães do universo. “Estamos olhando para o que nos criou”, diz Lise Christensen, astrônoma do Cosmic Dawn Center.
Apropriadamente, talvez, a recente conferência para discutir as origens cósmicas ocorreu em Helsingor, perto do castelo que inspirou Elsinore. Aldeia. Na peça, o príncipe dinamarquês de Shakespeare lamenta:
Este corajoso o’erhanging
O céu, este telhado real, preocupado
Com fogo dourado – ora, isso não me mostra nada
Mas um conjunto de vapor imundo e bolorento.
Que trabalho um homem, que nobre
Porque, quão infinitas são as faculdades
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
No entanto, para mim, o que é essa poeira?
Embora seja uma reflexão triste sobre a existência — o universo como “uma massa de vapor imunda e bolorenta”, a humanidade como “poeira” —, percebemos agora que a descrição de Hamlet é cientificamente mais precisa do que a de Shakespeare. Na verdade, somos feitos de material duplicado em estrelas e emitido no vazio como gás e poeira.
Ao contrário de Hamlet, que chafurda em Elsinore, no entanto, os cientistas que estudam as origens do universo estão entusiasmados com este início cósmico.
Nota do editor: O Flatiron Institute é financiado pela Simmons Foundation, que também o financia Revista editorialmente independente. As decisões de financiamento da Fundação Simmons não têm impacto na nossa cobertura.
